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第三章 热力学第一定律 第一节 热力学第一定律的实质 第二节 系统的储存能量 第三节 系统与外界传递的能量 第四节 封闭系统热力学第一定律的表达式 第五节 开口系统热力学第一定律的表达式 第六节 稳定流动能量方程的应用 第一节 热力学第一定律的实质 第二节 系统的储存能量 第三节 系统与外界传递的能量 二、外部储存能 —— 动能Ek和势能Ep 由系统速度和高度决定 一、功1. 热力学定义： c 二、热量 第四节 封闭系统热力学第一定律的表达式 例3-1 有一定质量的工质从状态1沿1A2到达终态2，又沿2B1回到初态1，并且 第五节开口系统热力学第一定律的表达式 稳定流动能量方程 第六节 稳定流动能量方程的应用 一、换热器 二、喷管和扩压管 三、汽轮机 * 一、实质：能量守恒与转换定律在热力学中的应用 二、第一定律的表述 输入系统的能量—系统输出的能量= 系统储存能量的变化能量： 传递中的能量---功和热量----过程量 储存的能量----内部和外部状态参数决定---状态量 （内能） 能量转换和守恒定律： 自然界一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，能量不能被创造，也不能被消灭，只能相互转化和转换，且在转化和转换的过程中能量的总值保持不变。 热力学第一定律： 任一过程中系统内能的增加等于该过程所吸收的热量和外界对它所做功之和。 储存能量： 内部储存能---内部状态参数决定 外部储存能---外部状态参数决定 一、内部储存能—热力学能 分子运动的平均动能和分子间势能称为“热力学能” 符号：U u (单位质量热力学能） 单位：kJ kJ/kg u=U/m u=f(t,v) 三、系统的总储存能（总能） E=U+ Ek+Ep 单位质量 e=u+ ek+ep 封闭系统，传递的能量有两种：功和热量 燃气进口 排入大气 当封闭系统通过边界，和外界之间发生相互作用时，如外界的唯一效果是升起重物，则系统对外界作了功，如外界的唯一效果是降低重物，则外界对系统作了功。 2. 体积功：工质体积改变时所做的功 功是过程量 单位：J、kJ v p Ff p pout dx A p 1 2 3 4 dv 图 1 封闭系统的膨胀功 可逆过程膨胀功可以用p-v图上过程曲线与v轴所围面积表示。 可逆过程对外做的膨胀功最大。 v p Ff p pout dx A p 1 2 3 4 dv 图 1 封闭系统的膨胀功 B 功是过程量 对于mkg工质 热量是除功以外，通过边界系统与外界之间传递 的能量。 热量也是过程量 符号规定：系统从外界吸热为正；Q0 系统向外界放热为负。Q0 单位：J、kJ Q W 热源 功源 单位质量工质 微元过程 1.适用于任意工质、任意过程，各项为代数量。 2.q、 w分别为各个吸热、作功过程的代数和。 3.?U=U2-U1 可逆过程： 任意工质、可逆过程 v p A 1 2 B 试判断沿过程1A2工质是膨胀还是压缩，并且求工质沿1A2B1回到初态时的净吸热量和净功。 解: v p A 1 2 B 是膨胀过程 质量守恒方程 力学定律 三个定律 能量守恒方程 一元稳定流动 一元流动：与流动方向垂直的同一截面上各点工质的状态参数和流速都是相同的，工质的状态参数和流速仅沿流动方向做一元变化。 稳定流动：开口系统内任一点的状态参数和流速均不随时间而变化。 1kg工质： 进入系统带入能量： 流出系统带出能量： 吸热： q 作功： ws （轴功） 1.技术功 若动能、位能变化很小，可以忽略，则 （轴功） （膨胀功） （技术功）Wt （轴功）Ws （膨胀功）W （流动功或推进功）PV 可逆过程 2.焓—状态参数 比焓 J/kg 总焓 J 微元过程 可逆过程 积分形式 开口系统的典型设备: 1.换热器：如锅炉、冷凝器等 2.喷管和扩压管 3.产生功的装置：如蒸汽轮机、燃气轮机 4.消耗功的装置：如泵、压缩机 5.节流装置：如膨胀阀 适用于任意工质、任意过程 可逆过程 为可逆流动条件 1 2 流入 流出 Q 工质流经换热器时所吸收的热量全部用来增加工质的焓值；反之，亦反。 特点：与外界没有轴功交换、工质流速变化不大 Wg2 Wg1 1 1 1 1 2 2 2 2 流入 流出 喷管 扩压管 Wg1 流入 喷管 扩压